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一種人工復(fù)合絲素蛋白支架有效促進糖尿病傷口愈合 已有1人參與
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【摘要】 慢性糖尿病傷口仍然是全球公認(rèn)的臨床挑戰(zhàn)，高濃度活性氧 （ROS） 誘導(dǎo)的傷口微環(huán)境紊亂是其主要成因。傷口微環(huán)境中的血管生成障礙和炎癥最終會阻礙正常的愈合過程。因此，靶向巨噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是一種很有前途的治療策略。胡志成團隊制造了由柚皮苷/羧甲基殼聚糖/透明質(zhì)酸鈉/絲素蛋白（NG/CMCS/HA/SF） 組成的人工復(fù)合支架，以促進傷口愈合。NG/CMCS/HA/SF支架在體外和體內(nèi)實驗中都表現(xiàn)出良好的抗炎、抗氧化和促血管生成性能，有效促進糖尿病傷口愈合。觀察到的積極治療效果表明，復(fù)合支架在臨床傷口愈合應(yīng)用中具有巨大的潛力。 NG/CMCS/HA/SF復(fù)合支架通過冷凍干燥完成。為了進行比較，CMCS、NG/CMCS 和 CMCS/HA/SF 支架均使用同種標(biāo)準(zhǔn)化方法制備。 【研究內(nèi)容】 圖1A 顯示了四個不同 CMCS 支架的 SEM 圖像，它們都表現(xiàn)出多孔結(jié)構(gòu)。圖1B和C分別顯示了所制備的CMCS和基于CMCS的支架的吸水率和水蒸汽透過率，所有支架都表現(xiàn)出高吸水率，其中CMCS/HA/SF支架的吸水率最高。圖1D和E顯示了PBS和PBS溶菌酶溶液中CMCS和基于CMCS的支架的降解曲線。結(jié)果表明，所有四種變體CMCS支架在PBS和PBS溶菌酶環(huán)境中都是可降解的，降解時間線延長至21天，突出了它們在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的潛在適用性，特別是在傷口愈合方面。圖1F顯示了NG/CMCS和NG/CMCS/HA/SF復(fù)合支架的NG的體外釋放曲線。結(jié)果表明，與NG/CMCS支架相比，NG從這兩個支架的釋放持續(xù)長達(dá)120h，NG/CMCS/HA/SF支架始終表現(xiàn)出更高的NG釋放速率。圖1G顯示了不同的支架中的細(xì)胞活力，NG/CMCS/HA/SF支架中的細(xì)胞活力最高。圖1H顯示了不同濃度的NG對細(xì)胞的細(xì)胞毒性，圖1G和H表明NG是無毒的，甚至隨著濃度的增加而促進其生長，驗證了其在傷口修復(fù)中的潛在適用性。SEM圖像（圖1I）顯示NHDF細(xì)胞更有效地粘附在CMCS/HA/SF和NG/CMCS/HA/SF支架上，顯示出正常的細(xì)胞形態(tài)。 圖2 A展示了ROS誘導(dǎo)環(huán)境中HUVEC的細(xì)胞活力，連續(xù)培養(yǎng)3天后，氧化應(yīng)激損傷顯著抑制了HUVECs的活力。然而，NG/CMCS和NG/CMCS/HA/SF支架都能夠在一定程度上提高HUVEC的活力，且NG/CMCS/HA/SF支架更有效。如圖2B所示，與細(xì)胞活力實驗一致，制備的NG/CMCS/HA/SF支架在上調(diào)這些血管生成相關(guān)基因的表達(dá)方面表現(xiàn)出更明顯的作用，這些細(xì)胞因子的表達(dá)增強可能有助于促進傷口愈合。圖2C展示了NG/CMCS和NG/CMCS/HA/SF支架均有效緩解了HUVECs線粒體膜電位（φM）的降低，其中NG/CMCS/HA/SF支架表現(xiàn)出優(yōu)異的效果。圖2D和E表明，ROS微環(huán)境損害了HUVEC的管形成和遷移能力。然而，NG/CMCS或NG/CMCS/HA/SF支架的引入顯著增強了血管生成。NG/CMCS/HA/SF組的遷移率較高，促進HUVEC管形成更有效。此外，NG/CMCS組部分恢復(fù)了遷移能力和管形成能力，突出了這些支架在氧化應(yīng)激下支持內(nèi)皮細(xì)胞功能的有效性。 圖3A和B表明ROS微環(huán)境導(dǎo)致抗炎細(xì)胞因子的顯著下調(diào)和促炎細(xì)胞因子的上調(diào)。然而，NG/CMCS或NG/CMCS/HA/SF支架的存在可以增強M2表型相關(guān)基因（CD206、IL10和ARG-1）的表達(dá)，并顯著下調(diào)促炎基因（IL1β、CD80和INOS）的表達(dá)。從圖3C和D可以看出，M1表型兩極化；而CD206陽性細(xì)胞的比例保持不變。此外，NG/CMCS和NG/CMCS/HA/SF支架在ROS微環(huán)境下促進THP-1細(xì)胞（PMA處理）的M2表型作用，同時抵消誘導(dǎo)的M1分化。ELISA分析顯示，在用NG/CMCS或NG/CMCS/HA/SF支架處理的THP-1細(xì)胞中，促炎細(xì)胞因子（TNF-α、IL1β和IL6）顯著減少，抗炎細(xì)胞因子（TGF-β、bFGF和IL10）顯著增加（圖3E和F）。 圖4B顯示了接受各種治療的傷口的代表性圖像，使用Image-J軟件定量分析傷口閉合速率（圖4C）。在觀察期間，與其他組相比，CMCS/HA/SF/NG支架的處理效率更高。NG/CMCS組的治療效果與CMCS/HA/SF組相當(dāng)。用NG/CMCS/HA/SF支架治療的傷口在第15天幾乎完全愈合，優(yōu)于CMCS、NG/CMCS和CMCS/HA/SF支架觀察到的愈合進展。這些結(jié)果表明，與其他制備的支架相比，NG/CMCS/HA/SF支架促進了更快的傷口愈合過程。為了評估ROS微環(huán)境中工程支架的抗氧化能力，在第5天使用DCFH-DA熒光探針量化了用各種支架治療的傷口中的ROS水平（圖4D）。流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果顯示，與CMCS組相比，其他三組的ROS水平降低。由于NG的抗氧化特性，NG/CMCS組和NG/CMCS/HA/SF組均有效降低了ROS水平，其中NG/CMCS/HA/SF組表現(xiàn)出更明顯的效果。 與其他組相比，NG/CMCS/HA/SF支架組從早期階段開始表現(xiàn)出增強的膠原沉積，其特征是皮膚組織中的膠原纖維更致密、更厚、排列更整齊，如圖5A和C所示。圖5B和D在用各種支架治療20天后，傷口部位的表皮層厚度顯著變化。NG/CMCS/HA/SF支架組表皮層厚度明顯改善。這些發(fā)現(xiàn)表明，NG/CMCS/HA/SF支架不僅促進了高質(zhì)量的膠原沉積，還促進了表皮層的形成，從而加速了糖尿病傷口的愈合過程。 結(jié)果顯示，NG/CMCS/HA/SF支架組內(nèi)新生血管形成明顯增強，在第10天達(dá)到峰值，隨后明顯下降（圖6C）。同時，其他組中新血管的形成也隨著時間的推移而減少。到第15天，除CMCS組外，所有組的新生血管形成程度相似。一般來說，有效的傷口再生涉及減少對營養(yǎng)和氧氣的需求，從而導(dǎo)致血管形成減少和這些血管在愈合過程中的消退。這些結(jié)果表明，NG/CMCS/HA/SF支架具有優(yōu)異的促血管形成能力。 圖7A和B顯示第5天CMCS組中INOS（M1巨噬細(xì)胞標(biāo)志物）的明顯表達(dá)，與幾乎不存在CD206陽性M2巨噬細(xì)胞形成鮮明對比。相比之下，其他三組，特別是NG/CMCS/HA/SF組，在同一時間點表現(xiàn)出INOS陽性細(xì)胞的顯著減少和CD206陽性細(xì)胞的顯著增加。IHC和qRT-PCR分析進一步證實了NG/CMCS/HA/SF支架在抑制炎性細(xì)胞因子表達(dá)方面的實質(zhì)性影響。如圖7C所示，與CMCS組相比，NG/CMCS/HA/SF組IL1β、IL6和TNF-α的表達(dá)水平顯著下調(diào)。與NG/CMCS和CMCS/HA/SF，組相比，該組對這些細(xì)胞因子的抑制也表現(xiàn)出更好的效果。表明NG/CMCS與HA/SF聯(lián)合的協(xié)同作用顯著增強了治療效果，特別是在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化和減少傷口愈合過程中的炎癥方面。 【結(jié)論】 胡志成團隊設(shè)計了一種專為傷口愈合而設(shè)計的復(fù)合支架。這種支架不僅具有傷口敷料的物理特性，而且能主動調(diào)節(jié)傷口的微環(huán)境。一系列實驗表明，NG/CMCS/HA/SF支架可有效緩解ROS誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞功能障礙。它促進細(xì)胞增殖和血管生成，同時促進巨噬細(xì)胞極化，形成組織再生的M2表型并減少炎癥。通過這些機制，NG/CMCS/HA/SF支架可以管理ROS微環(huán)境，從而促進全層糖尿病傷口的愈合。因此，制備的支架成為加速傷口愈合的有前途的工具，在廣泛的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。 【通訊作者簡介】 胡志成，中山大學(xué)第一附屬醫(yī)院燒傷傷口修復(fù)科，主任醫(yī)師。一直從事燒傷、整形、創(chuàng)面修復(fù)外科醫(yī)療、教學(xué)和科研工作。擅長大面積嚴(yán)重?zé)齻戎危瑢μ厥庠驘齻珉姄魝⒒瘜W(xué)燒傷、放射性損傷以及燒傷復(fù)合傷如熱壓傷、爆震傷等有較豐富的救治經(jīng)驗。運用“創(chuàng)面床準(zhǔn)備”理論，應(yīng)用封閉式負(fù)壓吸引、自體細(xì)胞移植、皮片移植和皮瓣移植等綜合方法治療各種難愈性創(chuàng)面有較豐富的經(jīng)驗，如外傷性潰瘍、糖尿病性潰瘍、血管性潰瘍、壓力性潰瘍、腫瘤性潰瘍等。對于增生性瘢痕、攣縮性瘢痕、瘢痕疙瘩、各類體表腫物、血管瘤、黑色素瘤、先天性巨大黑痣、皮膚癌的整形修復(fù)手術(shù)以及常見美容手術(shù)，對于皮膚軟組織撕脫傷、感染、壞死性筋膜炎、各類創(chuàng)傷缺損有獨到之處。近年來，積極開展精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)與康復(fù)醫(yī)學(xué)治療，如3D打印技術(shù)，參編燒傷康復(fù)、創(chuàng)面康復(fù)等專著。 【文章信息】 Hao Yang, Hailin Xu, Dongming Lv, Shuting Li, Yanchao Rong, Zhiyong Wang, Peng Wang, Xiaoling Cao, Xiaohui Li, Zhongye Xu, Bing Tang, Jiayuan Zhu, Zhicheng Hu,The naringin/carboxymethyl chitosan/sodium hyaluronate/silk fibroin scaffold facilitates the healing of diabetic wounds by restoring the ROS-related dysfunction of vascularization and macrophage polarization,International Journal of Biological Macromolecules,Volume 260, Part 1,2024,129348,SSN 0141-8130. 原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129348 |
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